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第二节 原电池 化学电源,考纲要求 1.了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。,1概念和反应本质 原电池是把 转化为_的装置，其反应本质是_。 2原电池构成条件 (1)两个活泼性不同的电极(常见为金属或石墨)。 (2)将电极插入 溶液中。 (3)两电极间构成闭合回路。 (4)能发生_的氧化还原反应。,考点一 原电池的工作原理,化学能,电能,氧化还原反应,电解质,自发,3工作原理 (以铜锌原电池为例)： (1)电极反应： 锌是 极， 电子发生 反应，_； 铜是_极， 电子发生 反应，_。,负,失,氧化,Zn2e=Zn2,正,得,还原,Cu22e=Cu,(2)电子方向和电流方向： 电子从负极流出经外电路流入 ； 电流从正极流出经外电路流入 。 (3)离子的迁移方向： 电解质溶液中，阴离子向 极区迁移，阳离子向 极区迁移。 (4)两种装置的比较： 盐桥的作用：a.连接内电路，形成闭合回路；b.平衡电荷，使原电池不断产生电流。 装置中Zn与Cu2直接接触，会有部分Zn与Cu2直接反应，化学能转化为热能，造成能量损耗；装置中，Zn在负极区，Cu2在正极区，不存在Zn与Cu2的直接反应，而造成的能量损耗，电流稳定，且持续时间长。,正极,负极,负,正,1将中盐桥换成铜导线是否可行？ 提示：不可行。原电池放电时，电子走陆路(导线)，离子走水路(溶液)，外电路是电子的定向移动，内电路(溶液中)是阴、阳离子的定向移动，电子不通过内电路。盐桥是离子迁移通路，离子不能通过导线迁移。,2判断正误，正确的画“”，错误的画“” (1)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极( ) (2)不是所有化学反应都可以设计成原电池。( ) (3)在原电池中，负极材料的活泼性一定比正极材料强( ) (4)带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长( ) 答案：(1) (2) (3) (4),1(2015年长春调研)下图为一原电池装置，下列叙述中正确的是( ),考查原电池的工作原理,A铜离子在铜片表面被还原 B盐桥中的K移向ZnSO4溶液 C电流从锌片经导线流向铜片 D铜是阳极，铜片上有气泡产生 答案：A,2有一种一面镀锌、一面镀二氧化锰的超薄纸质电池，在使用印刷与压层技术后，变成一张可任意裁剪大小的“电纸”，纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解质溶液，电池总反应式为Zn2MnO2H2O=ZnO2MnOOH。下列说法不正确的是( ) A该电池的负极材料为锌 B该电池反应中二氧化锰发生了还原反应 C电池的正极反应式为MnO2H2Oe=MnOOHOH D当有0.1 mol锌溶解时，流经电解质溶液的电子数为1.2041023 解析：无论原电池还是电解池中电子均不流经电解质溶液。 答案：D,3如图所示的装置能够组成原电池产生电流的是_。 解析：只有B能产生电流，F中Zn与Cu直接接触，电流表A不发生偏转。 答案：B,原电池工作原理中四个常见失分点的规避 (1)只有放热的氧化还原反应才能通过设计成原电池将化学能转化为电能。 (2)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。 (3)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。 (4)原电池的负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数。,4下列有关原电池的说法中正确的是( ) A在内电路中，电子由正极流向负极 B在原电池中，相对较活泼的金属作负极，不活泼的金属作正极 C原电池工作时，正极表面一定有气泡产生 D原电池工作时，可能会伴随着热能变化 答案：D,原电池正负极的判断,5分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是( ) A中Mg作负极，中Fe作负极 B中Mg作正极，电极反应式为6H2O6e=6OH3H2 C中Fe作负极，电极反应式为Fe2e=Fe2 D中Cu作正极，电极反应式为2H2e=H2,答案：B,原电池正、负极判断方法,说明：(1)活泼性强的金属不一定作负极，但负极一定发生氧化反应。 (2)溶液中的离子不能通过盐桥。 (3)负极本身不一定参加反应，如燃料电池中，作为负极的材 料不参加反应，只起到了导电的作用。,1比较金属活动性强弱 两种金属分别作原电池的两极时，一般作 的金属比作_的金属活泼。 如有两种金属A和B，用导线将A和B连接后，插入到稀硫酸中，一段时间后，若观察到A极溶解，而B极上有气体放出，则说明A作负极，B作正极，则可以断定金属活动性AB。 2加快氧化还原反应的速率 一个 进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率_。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。,考点二 原电池原理的应用,负极,正极,自发,增大,3用于金属的防护 使被保护的金属制品作原电池 而得到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌做原电池的负极。 4设计制作化学电源 (1)首先将氧化还原反应分成两个半反应。 (2)根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。,正极,如：根据反应2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2设计的原电池为：,1有A、B、C、D四种金属，做如下实验：将A与B用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B不易腐蚀；将A、D分别投入等物质的量浓度的盐酸中，D比A反应剧烈；将铜浸入B的盐溶液里，无明显变化，如果把铜浸放C的盐溶液里，有金属C析出。据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是( ) AABCD BCDAB CDABC DABDC 答案：C,判断金属活动性及反应速率,2一定量的稀盐酸跟过量锌粉反应时，为了加快反应速率又不影响生成H2的总量，可采取的措施是( ) A加入少量稀NaOH溶液 B加入少量CH3COONa固体 C加入少量NH4HSO4固体 D加入少量CuSO4溶液 答案：D,改变Zn与H反应速率的方法 (1)加入Cu或CuSO4，形成原电池，加快反应速率，加入Cu不影响Zn的量，但加入CuSO4，Zn的量减少，是否影响产生H2的量，应根据Zn、H的相对量多少判断。 (2)加入强碱弱酸盐，由于弱酸根与H反应，使c(H)减小，反应速率减小，但不影响生成H2的量。,3.将镉(Cd)浸在氯化钴(CoCl2)溶液中，发生反应的离子方程式为：Co2(aq)Cd(s)=Co(s)Cd2(aq)(aq表示溶液)，如将该反应设计为如图的原电池，则下列说法一定错误的是( ),设计原电池,ACd作负极，Co作正极 B原电池工作时，电子从负极沿导线流向正极 C根据阴阳相吸原理，盐桥中的阳离子向负极(甲池)移动 D甲池中盛放的是CdCl2溶液，乙池中盛放的是CoCl2溶液 答案：C,4.(2015年无锡模拟)根据氧化还原反应：2Ag(aq)Cu(s)=Cu2(aq)2Ag(s)设计的原电池如图所示，其中盐桥为琼脂饱和KNO3盐桥。 请回答下列问题： (1)电极X的材料是_；电解质溶液Y是_。 (2)银电极为电池的_极，写出两电极的电极反应式： 银电极：_；X电极：_。,答案：(1)Cu AgNO3 (2)正 2Ag2e=2Ag Cu2e=Cu2 (3)Cu Ag (4)B,1一次电池(碱性锌锰干电池)。 碱性锌锰干电池的工作原理如图：,考点三 化学电源,2二次电池(以铅蓄电池为例)。,3燃料电池 (1)氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池。 (2)燃料电池的电极本身不参与反应，燃料和氧化剂连续地由_供给。,外部,1二次电池放电和充电时的反应是否可逆反应？ 提示：不是。因反应不是同一条件。,2判断正误，正确的画“”，错误的画“” (1)太阳能电池不属于原电池。( ) (2)铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应。( ) (3)铅蓄电池工作时，当电路中转移0.2 mol电子时，消耗的H2SO4为0.1 mol。( ) (4)铅蓄电池工作时，当电路中转换0.1 mol电子时，负极增加48 g。( ) (5)在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应。( ) 答案：(1) (2) (3) (4) (5),化学电源中电极反应式的书写,2.将Mg和Al用导线连接放入NaOH溶液中组成电池如图。则： (1)Mg是_极，电极反应式为_ _。 (2)Al是_极，电极反应式为_ _。 (3)总反应的离子方程式为_。,“加减法”书写电极反应式 (1)先确定原电池的正负极，列出正负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失。 (2)根据氧化还原反应原理写出电极反应式： 负极反应： 负极失去电子发生氧化反应。注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式。,正极反应： 正极得到电子发生还原反应。当正极上的反应物质是O2时： 若电解质溶液为中性或碱性，则水必须写入正极反应式中，O2生成OH，写为O22H2O4e=4OH；若电解质溶液为酸性，则H必须写入正极反应式中，O2生成水，写为O24H4e=2H2O。,(3)写出电池总反应方程式： 结合电子守恒将正负极电极反应式相加即得到电池总反应方程式。 (4)若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。 特别提醒 书写电极反应式时，注意介质是否参加反应。碱性介质的电极反应中不能出现H，酸性介质的电极反应中不能出现OH。 若是碱性条件，一般一极要消耗OH，另一极生成OH！酸性亦然。,3以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法： (1)酸性条件： 燃料电池总反应式：CH42O2=CO22H2O 燃料电池正极反应式：O24H4e=2H2O 2，得燃料电池负极反应式：_。 (2)碱性条件： 燃料电池总反应式： CH42O22NaOH=Na2CO33H2O 燃料电池正极反应式：O22H2O4e=4OH 2，得燃料电池负极反应式：_。,燃料电池电极反应式的书写,(3)固体电解质(高温下能传导O2)： 燃料电池总反应式：CH42O2=CO22H2O 燃料电池正极反应式：O24e=2O2 2，得燃料电池负极反应式：_。 2，得燃料电池负极反应式：_。,燃料电池电极反应式的书写 第一步：写出电池总反应式。 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应。 如甲烷燃料电池(电解质为NaOH溶液)的反应式为： CH42O2=CO22H2O CO22NaOH=Na2CO3H2O 式式得燃料电池总反应式为： CH42O22NaOH=Na2CO33H2O,第二步：书写燃料电池的正极反应式 根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下四种情况： (1)酸性电解质溶液环境下正极反应式： O24H4e=2H2O (2)碱性电解质溶液环境下正极反应式： O22H2O4e=4OH (3)固体电解质(高温下能传导O2)环境下正极反应式： O24e=2O2,新型电池和可充电电池 1新型电池“放电”时正、负极的判断,2可充电电池电极方程式的书写 可充电电池有充电和放电两个过程，放电发生的是原电池反应，充电发生的是电解池反应。充电的电极反应与放电的电极反应过程相反，充电时的阳极反应为放电时正极反应的逆过程，充电时的阴极反应为放电时负极反应的逆过程。以铅蓄电池为例，该过程可结合图示分析。,由此可见，放电过程中，作为负极的Pb需转化成PbSO4，铅化合价升高，被氧化，Pb为负极；当放电完毕时，可看作Pb极转化成了PbSO4，充电时需让PbSO4转化为Pb，铅的化合价降低，被还原，PbSO4一极为阴极，所以，放电时的负极就是充电时的阴极，同理可分析放电时：,即放电时的正极就是充电时的阳极，如图。,典例 铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为FeNi2O33H2O=Fe(OH)22Ni(OH)2，下列有关该电池的说法不正确的是( ) A该电池的电解质溶液为碱性溶液，正极为Ni2O3，负极为Fe B该电池放电时，负极反应为Fe2OH2e=Fe(OH)2 C该电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低 D该电池充电时，阳极反应为：2Ni(OH)22OH2e=Ni2O33H2O,解析,答案 C,A锂离子电池放电时，Li向负极迁移 B锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应 C理论上两种电池的比能量相同 D右图表示用锂离子电池给锂硫电池充电 解析：放电时为原电池，阳离子向正极迁移，A项错误；充电时，锂电极做阴极，发生还原反应，B正确；同质量产生的电量不相同，C项错误；锂离子电池为电解池，锂硫电池为原电池，D项错误。 答案：B,下列说法正确的是( ) ANiMH电池放电过程中，正极的电极反应式为NiOOHH2Oe=Ni(OH)2OH B充电过程中OH离子从阳极向阴极迁移 C充电过程中阴极的电极反应式：H2OMe=MHOH，H2O中的H被M还原 DNiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液,解析：NiMH放电时正极发生还原反应，分析化合价可知正极为NiOOH得电子生成Ni(OH)2，可知A选项正确；OH由阴极向阳极移动，B项错；M是金属，无负价，只能失电子，C项错误，D项由已知信息可知NiOOH与氨水反应，D项错误。 答案：A,
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